Генетическая изменчивость помогает растениям выживать во время засух

В первом исследовании, предсказывающем, смогут ли разные популяции одного вида растений адаптироваться к изменению климата, учёные из Института биологии развития Общества Макса Планка обнаружили, что центральноевропейские погибнут первыми.

Исследователи сосредоточились на резуховидке Таля (Arabidopsis thaliana), которая растёт по всей Европе, Азии и северо-западной Африке. Неожиданно скандинавские растения справляются с экстремальной засухой так же хорошо, как и растения из средиземноморских стран. Возможно, это связано с тем, что вода в скандинавской почве многие месяцы находится в замёрзшем состоянии, делая её недоступной для растений и фактически создавая условия засухи.

Учёные посадили семена резуховидки, собранные более чем в двухстах локациях — от Северной Африки и Испании до Центральной Европы и северной Швеции. После прорастания в оптимальных условиях растения подвергли сильной засухе и зафиксировали их способность выживать в этом стрессе. Используя данные масштабного секвенирования генома, удалось связать конкретные генетические варианты со способностью растений выживать дольше. В сочетании с климатическими прогнозами Межправительственной группы экспертов по изменению климата команда смогла создать карты, показывающие расположение генетических вариантов, ключевых для будущего выживания вида.

«Я был шокирован, когда прикоснулся к почве в горшках с растениями из северной Швеции и Испании и обнаружил её совершенно сухой и рассыпчатой, в то время как растения выживали с богатыми зелёными листьями», — говорит ведущий автор Моисес Экспозито-Алонсо. Он отмечает, что резуховидка, которую многие считают «лабораторной крысой» ботаников, на самом деле обитает в экстремальных условиях, что делает её идеальной для изучения адаптации к изменению климата.

В ближайшие 50–100 лет экстремальные засухи, согласно прогнозам, станут более распространёнными. Новое исследование показывает, что у растений Центральной Европы, где к 2070 году, вероятно, будет значительно меньше осадков, нет необходимых для адаптации генетических вариантов.

Предыдущие прогнозы распространения растений или животных в ответ на изменение климата в значительной степени игнорировали огромное количество генетической изменчивости внутри вида. Впервые учёные использовали знания о географическом распределении генетических вариаций, чтобы картировать способность вида адаптироваться путём естественного отбора.

Полученные результаты могут помочь в спасении видов растений и животных, нуждающихся в срочной охране. Популяции с генетическими вариантами, обеспечивающими устойчивость к засухе, можно переселять в районы, где такие адаптации наиболее необходимы, улучшая местный генофонд. Такой же подход можно использовать для уменьшения несоответствия между сортами сельскохозяйственных культур и их средой, помогая повысить урожайность.